A atmosfera da Terra não tem um limite bem definido. O ar que compõe a atmosfera vai ficando mais rarefeito à medida que você sobe, até que se mistura com o meio interplanetário. Como resultado, não existe uma borda claramente definida entre a atmosfera e o espaço. As moléculas de ar que formam a atmosfera são mantidas próximas à Terra pela gravidade. É por isso que moléculas mais pesadas são mais abundantes nas regiões inferiores da atmosfera. A gravidade também faz com que as camadas inferiores da atmosfera contenham mais moléculas e átomos por metro cúbico do que as camadas superiores.
Por que as moléculas que compõem a atmosfera não simplesmente caem para a superfície da Terra? Se as moléculas da atmosfera estivessem frias o suficiente (e, portanto, lentas o suficiente), elas realmente cairiam para a superfície da Terra e permaneceriam lá, após se condensarem em líquido ou congelarem em estado sólido.
No entanto, ter uma temperatura suficientemente alta para estar no estado gasoso significa ter velocidades altas o bastante para ricochetear no solo e colidirem umas com as outras, enviando essas moléculas para cima. No estado normal de um gás, as moléculas estão constantemente colidindo entre si. Durante algumas dessas colisões, uma molécula ganha muita velocidade enquanto a outra perde muita velocidade. Como resultado, algumas das moléculas em um gás sempre têm velocidades muito mais altas do que a média. Na atmosfera, essas moléculas têm velocidade suficiente para subir bastante acima da superfície da Terra, apesar da atração gravitacional descendente. Além disso, algumas moléculas experimentam uma série de colisões com outras moléculas de tal forma que continuam sendo empurradas para cima.
As camadas superiores da atmosfera, portanto, se estendem muito acima da superfície da Terra, apesar da atração gravitacional descendente, devido a esse processo de colisão. Em outras palavras, as camadas atmosféricas superiores consistem nas moléculas mais leves que ganharam mais velocidade e foram lançadas mais alto durante as colisões. Em geral, as colisões moleculares em um gás tendem a empurrar moléculas de regiões de alta densidade para regiões de menor densidade. Esse processo é chamado de difusão. É o mesmo motivo pelo qual um gás tende a se expandir para preencher seu recipiente. Para o ar na atmosfera, o “recipiente” é o poço gravitacional da Terra. A difusão tende a empurrar as moléculas para longe da superfície da Terra, enquanto a gravidade tende a puxá-las em direção à superfície. O resultado é que a atmosfera não está colapsada na superfície da Terra, mas também não está infinitamente espalhada. Em vez disso, ela se distribui em uma certa faixa de alturas.
Outro fator interessante que complica a questão é que a gravidade da Terra enfraquece gradualmente à medida que você se afasta da Terra, ou seja, à medida que sobe na atmosfera. Como resultado, a região superior da atmosfera consegue se expandir ainda mais para cima. A região mais alta da atmosfera — a exosfera superior — torna-se gradualmente menos densa à medida que você se afasta da Terra, misturando-se lentamente com o meio interplanetário. Além disso, alguns dos átomos de hidrogênio que estão na exosfera superior ganham velocidade suficiente em uma colisão para escapar permanentemente da gravidade da Terra. Isso significa que a porção mais alta da atmosfera terrestre está continuamente, de forma lenta, perdendo átomos para o espaço.
Por todos esses motivos, não faz sentido dizer que a atmosfera tem uma borda física em um local específico. Para fins práticos, podemos definir arbitrariamente uma borda efetiva da atmosfera com base na propriedade da atmosfera em que estamos interessados. Só precisamos ter cuidado para não pensar que essa borda efetiva da atmosfera é uma borda literal, além da qual não existe atmosfera. A tabela abaixo lista várias opções úteis para a definição de uma borda efetiva da atmosfera. Todos os valores de altitude mencionados abaixo são em relação à altura acima do nível médio do mar.
Escolhas Úteis para a Borda Efetiva da Atmosfera
| Altitude | Nome | Descrição | Localização |
|---|---|---|---|
| 13 km | Teto Máximo de Serviço | A altitude mais alta que a maioria dos aviões comerciais pode voar. | Estratosfera Inferior |
| 19 km | Limite Armstrong | Ponto acima do qual cabines pressurizadas ou trajes são necessários para sustentar a vida humana. | Estratosfera Inferior |
| 38 km | Limite de Avião a Jato | A altitude mais alta que aviões a jato respirando ar podem voar. | Meio da Estratosfera |
| 54 km | Limite de Balão | A altitude mais alta que balões podem alcançar. | Mesosfera Inferior |
| 80 km | Linha de Kármán Efetiva | Borda legal dos EUA para o espaço. A menor altitude que um satélite pode alcançar e manter uma órbita elíptica. Linha divisória entre voo com asas e voo espacial. | Mesopausa |
| 100 km | Linha de Kármán | Borda legal internacional do espaço. Importante por razões legais e políticas. | Termosfera Inferior |
| 125 km | Limite de Órbita Circular | A menor altitude que um satélite pode ter e manter uma órbita circular. | Termosfera Inferior |
| 500-1.000 km | Termopausa | Ponto acima do qual átomos se movem balisticamente. | Termopausa |
| 200.000 km | Início do Meio Interplanetário | Ponto acima do qual átomos não são mais retidos pela gravidade da Terra. | Borda Superior da Exosfera |
Teto Máximo de Serviço
- Altitude: 13 km
- Contexto: Aviões comerciais
- Explicação: Do ponto de vista das viagens aéreas, esta é uma “borda” prática, pois a maioria dos aviões comerciais não pode voar mais alto que isso devido ao ar rarefeito. Essa altitude está no alto da troposfera ou no início da estratosfera.
Limite de Armstrong
- Altitude: 19 km
- Contexto: Sobrevivência humana sem trajes pressurizados
- Explicação: Acima dessa altitude, a água no corpo humano ferve à temperatura corporal, tornando necessário o uso de cabines ou trajes pressurizados. Define uma borda na parte baixa da estratosfera.
Limite para Jatos
- Altitude: 38 km
- Contexto: Aeronaves a jato (excluindo aviões-foguete)
- Explicação: A maior altitude atingida por um jato foi em torno de 38 km. Isso representa a borda para voos de aeronaves movidas a jato na estratosfera média.
Limite para Balões
- Altitude: 54 km
- Contexto: Balões de alta altitude
- Explicação: A maior altitude atingida por balões científicos foi em torno de 54 km, marcando uma borda na parte baixa da mesosfera.
Linha de Karman Efetiva
- Altitude: 80 km
- Contexto: Órbitas de satélites e voos espaciais
- Explicação: Satélites em órbitas elípticas podem chegar a 80 km e ainda manter a órbita. Isso é considerado a linha divisória entre o voo e o voo espacial, situada na mesopausa.
Linha de Karman
- Altitude: 100 km
- Contexto: Definição legal internacional de espaço
- Explicação: Reconhecida internacionalmente como a borda legal do espaço. Esta altitude se encontra na parte baixa da termosfera.
Limite de Órbita Circular
- Altitude: 125 km
- Contexto: Órbitas circulares estáveis
- Explicação: Satélites podem manter órbitas estáveis acima de 125 km. Abaixo disso, o atrito atmosférico desestabilizaria as órbitas, definindo uma borda na parte baixa da termosfera.
Termopausa
- Altitude: 500-1000 km
- Contexto: Mudanças no comportamento da atmosfera
- Explicação: Acima dessa altitude, as partículas se movem de forma balística sem interagir como um gás, definindo o limite entre a termosfera e a exosfera.
Início do Meio Interplanetário
- Altitude: 200.000 km
- Contexto: Limite gravitacional
- Explicação: Aqui, a gravidade da Terra já não mantém mais os átomos de hidrogênio, marcando o início do espaço e misturando-se ao meio interplanetário.
Resumo: Se fosse necessário escolher uma “borda” significativa do espaço:
- Para o voo humano, a Linha de Karman Efetiva (80 km) é a mais relevante.
- Para fins científicos, o ponto onde começa o meio interplanetário (200.000 km) representa o verdadeiro limite da atmosfera.
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